Тема урока: «Закон Кулона»
Цель урока: сформировать знания обучающихся о точечном заряде, о силе взаимодействия между зарядами, разъяснить физический смысл закона Кулона, указать границы его применимости.
Задачи:
обучающие: создание условий для усвоения обучающимися понятия о силе взаимодействия точечных зарядов и их взаимодействии, включая их в процесс поиска формулировок и доказательств; формирование общеучебных и общекультурных навыков работы с информацией; формирование навыка применения формул на практике.
развивающие: расширить у обучающихся умения наблюдать, анализировать, обобщать, сравнивать познавательные объекты; делать выводы.
воспитательные: акцентировать внимание на связи физики с жизнью, а также с другими науками; воспитывать умение слушать и слышать товарищей.
Тип урока: изучение нового материала, лекция.
Содержание нового материала:
Электродинамика – раздел физики, посвященный изучению электрических и магнитных явлений в которых основную роль играют взаимодействия между телами и частицами, имеющими электрический заряд.
Основными понятиями электродинамики являются понятие электрического заряда и электрического поля.
1. Эл. Заряд можно обнаружить с помощью электрометра. Первый электрометр построил Георг Рихман. Обнаружил атмосферное электричество.
2. Одновременная электризация соприкасающихся тел (опыт с электрометрами).
3. Закон сохранения заряда.
При электризации тел происходит перераспределение заряженных частиц(е) в результате чего на одном теле появляется избыток положительного заряда, а на другом избыток «-» заряда, оба эти заряда равны между собой по модулю. Следовательно, суммарный заряд электризации тел не изменяется.
Алгебраическая сумма электрических зарядов в замкнутой системе остается постоянной – закон сохранения заряда.
При первом знакомстве с электрическим зарядом возникло желание объяснить «это понятие». Этого сделать нельзя, т. к. электрический заряд характеризует особое свойство материи, присущее некоторым элементарным частицам, например е и р. Это свойство проявляется, в частности, в том, что электрон притягивается к протону, и отталкиваются друг от друга.
Понятие заряда в какой-то мере сходно с понятием гравитационной массы.
Электрический заряд обладает следующими свойствами:
Электрический заряд существует двух видов. Электрический заряд – величина постоянная Электрический заряд аддитивен (равен сумме зарядов входящих в систему). Все электрические заряды кратны заряду е (или р) Суммарный заряд изолированной системы остается const.Закон Кулона
Известны были давно, их количественное изучение началось лишь в конце в конце 18 в., после того как французский ученый Шарль Кулон в 1785 году установил на опыте закон взаимодействия точечных электрических зарядов в вакууме.
Точечным называется заряд, находящийся в теле, размеры которого во много раз меньше расстояние до другого наэлектризованного тела, взаимодействие с которым исследуется.
Закон Кулона был установлен экспериментально с помощью сконструированного им крутильного динамометра. На накрученной кварцево нити длиной 10-15 см подвешено емкое коромысло из изолированного материала. К концу коромысла прикреплен небольшой проводящий шарик и противовес. С помощью головки нить и прикрепленное к ней коромысло можно поворачивать вокруг вертикальной оси. Угол поворота отсчитывается по шкале, нанесенной на прозрачный цилиндр, который предохраняет нить и коромысло от воздействия окружающего воздуха.
Сквозь верхнюю крышку внутрь прибора вносят наэлектризованный шарик, имеющий точно такие же размеры, как и шарик на коромысле. При соприкосновении шариков, заряд распределяется между ними поровну. Взаимодействующие шарики отталкиваются, и коромысло поворачивается, закручивается нить на угол, пропорционально силе взаимодействия. Таким образом, по углу закрученной нити можно судить о силе взаимодействия наэлектризованных шариков.
Проводя большое количество опытов, Кулон установил, что сила взаимодействия наэлектризованных шариков: F~1/R2
С помощью третьего шарика прикрепленного на изолированной ручке и имеющего точно такие же размеры, как и первые два, Кулон смог делить заряд одного из шариков. Чтобы уменьшить заряд шарика вдвое, достаточно прикосновения к наэлектризованному шарику не наэлектризованным. Меняя заряды подвижных и неподвижных шариков, Кулон установил, что: F~ q1*q2
Объединив оба результата опытов, Кулон получил следующую зависимость: F~ q1*q2 /R2 или введя коэффициент F = K(q1*q2 /R2)
Формулировка закона:
Два неподвижных точечных электронных заряда q1 и q2 находятся на расстоянии R друг от друга взаимодействуют с силами, направленными по прямой, соединяющей эти заряды; модули этих сил пропорциональны произведению зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояний между ними.
Для упрощения ряда соотношения оказалось целесообразно коэффициент пропорциональности К представить:
К = 1/4р е0, электрическая постоянная
F = q1*q2 / 4ре0R2
Единица электрического заряда:
В формулу входят две величины, размер которых нам известны : заряд и электронная постоянная
За единицу электрического заряда в Международной системе единицу принят Кулон (1 Кл) – это заряд, проходящий за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.
Физический смысл коэффициента пропорциональности:
Два заряда по 1 Кл на расстоянии 1 м друг от друга взаимодействуют между собой с силой 9 * 109 Н.
Определение электрической постоянной в международной системе единиц:
е0 = 8.85 * 10 -12 Кл2/Н*м2
К = 1/ 4ре0 = 9 * 109 Н*м2/ Кл2
Границы применимости закона Кулон:
Имея дело с зарядами, для которых можно указать определенные границы применимости.
За время прошедшее со времени открытия закона Кулона, он подвергся многим проверкам, которые неизменно подтвердили его справедливость. Данные имеющиеся в распоряжении ученых свидетельствуют о том, что, по крайней мере, при расстоянии между зарядами от 10-15 м до десятков км с помощью современных экспериментальных средств, на опыте не обнаруживаются отступления от закона Кулона.
Фронтальный опрос по новому материалу:
Что такое электрон? Какой заряд называется точечным? В чем заключается закон сохранения электрического заряда? Что такое 1Кл? Каков физический смысл коэффициента пропорциональности?Домашнее задание: §§ 84,85 (читать, пересказывать)
